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Polímeros Sintéticos

Trabalho por Alberto Luiz Vieira, estudante de Diversos @ , Em 22/04/2003

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Polímeros Sintéticos


INTRODUÇÃO

Alguns tipos de pequenas moléculas orgânicas podem se ligar várias vezes, originando moléculas orgânicas gigantes ou macromoléculas. Cada uma dessas unidades (moléculas) que se ligam são chamadas monômeros e a molécula gigante que eles originam são os polímeros.

No trabalho a seguir, iremos mostrar alguns tipos de polímeros sintéticos, e falaremos um pouco sobre eles.


POLÍMEROS

Polímeros são moléculas muito grandes (comumente chamadas de macromoléculas) formadas pela repetição de grupos de átomos. O número típico de repetições é  algo entre 102  e 104 . Todas as fibras sintéticas, plásticas e tintas são formadas por polímeros, de modo que exite um enorme interesse econômico em estudar esse tipo de material. Além disso, a forma de macarrão dessas moléculas as torna muito interessantes de estudar, independentemente dos interesses econômicos. Talvez por isso a física de polímeros atraia cada dia mais pesquisadores. 

Os modelos que procuram descrever cada molécula, em geral são baseados no que chamamos caminho ou passeio aleatório. Esse caminho se dá da seguinte maneira: imagine que você possa andar no espaço tridimensional dando um passo de tamanho L de cada vez, em qualquer direção. A escolha de que direção tomar é feita através de um sorteio (por isso o caminho é aleatório), você não tem como prever para onde será o próximo passo, só pode dizer qual a probabilidade de tomar cada possível direção. Um caminho de N passos é um modelo simples para um polímero com N unidades de tamanho L, por exemplo. Essa idéia do caminho aleatório está por trás de todos os processos de difusão e é muito importante da Mecânica Estatística em geral, não só para o estudo dos polímeros.

Muitas vezes queremos descrever um número muito grande de cadeias polimérica e fica inviável tentar acompanhar cada uma delas. Nesse caso podemos optar por uma descrição mesoscópica bem parecida com a que usamos no estudo dos fluidos e da termodinâmica. Olhamos o sistema de tal forma que, a  cada ponto dele podemos associar uma densidade, ou seja, cada volume infinitesimal engloba um número grande de moléculas, e  por isso faz sentido definir uma densidade dependente da posição. Essa forma de descrição é especialmente importante quando queremos descrever as propriedades de formação de padrões em sistemas de polímeros.

Misturar dois tipos de polímeros (por exemplo poliisopreno e polibutadieno) é algo bem difícil. Eles só formam misturas homogêneas a temperaturas altas, abaixo de uma certa temperatura crítica (em geral da ordem de 100o  C) eles passam por um processo de segregação e preferem formas fases ricas em cada uma das espécies, mais ou menos como uma mistura de água e óleo. A dinâmica dessa segregação envolve um processo chamado de decomposição spinodal. O estudo desse processo de segregação é bastante difícil por tratar-se  de um sistema fora do equilíbrio termodinâmico com uma descrição matemática bastante complexa. Por isso as simulações computacionais têm sido extremamente valiosas nessa área. O que se faz é supor um determinado conjunto de regras para a evolução do sistema e simular essa evolução comparando os resultados com experiências. Existem  várias formas de modelagem computacional, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Nós optamos por uma modelagem sem compromisso com a descrição contínua  usual e com isso podemos fazer programas extremamente eficientes do ponto de vista computacional, com a vantagem de podermos estudar sistemas grandes e por muito tempo.

Um tipo muito interessante de macromolécula é o copolímero. Esse tipo de molécula é formado por mais de um tipo de unidade de repetição. A forma de grupamento desses grupos define o tipo de copolímero. Nós estamos mais interessados no copolímero de bloco obtido ligando-se cadeias poliméricas diferentes por